借鉴软件工程方法来推进教学改革的探索

朱晓宏

（武汉科技大学汽车与交通工程学院 武汉 430081）

教育工作和软件产业都是智力密集型。软件是人的智力形式化、机械化的表示，人们对计算机进行编码，运行计算机以达成用户目标。教学中，课程知识体系等也是人的智力的表示，学生学习中的“同化”、“顺应”过程相当于对自我心智的某种“编码”，通过实践应用体现出教学（“编码”）而来的能力提升。教学与软件的相似性启发我们可以从软件工程中寻求教学改进的灵感。

一、软件产业与教育

统计表明，2019年全国软件业务收入7.2万亿元，从业人数673万人，人均实现业务收入106.6万元；从2007年到2019年，软件业务收入年均复合增长率达23.4%[1]。软件是经济转型之擎、数字社会之基，是引领新一轮科技创新的源动力。

教育越来越成为提高一个国家创新能力的基础。只有把教育搞上去，才能化人口压力为人才优势，才能在激烈的国际竞争中取得战略主动地位。长期以来，我国一直坚持把教育放在优先发展的战略地位。

二、从软件工程到教学工程

（一）软件工程的产生

1965-1970年时期，一方面，计算机硬件成本持续快速下降，另一方面，所用的软件却很少能在成本、时间、功能、维护能力等方面达到要求，特别是在可靠性方面。针对“软件危机”，1968年提出“软件工程”的术语，目的是想借助传统工程设计的一些基本思想，用系统工程学的原理和方法来管理软件的生产过程，提高软件生产率和软件的质量。

关于软件工程的定义。IEEE在软件工程术语汇编中的定义：1）将系统化的、严格约束的、可量化的方法应用于软件的开发、运行和维护，即将工程化应用于软件；2）在1）中所述方法的研究。

（二）教学工程的提出

教学改革历来倡导以学生为中心，采用探究式学习、小组合作学习等方式。但传统的系统知识传授模式在高校讲坛上仍然根深蒂固，形成这种教学模式的原因，除了受教师行为习惯模式和该方式的高效便利性影响之外，还需要进行更深入地分析。

以小组合作学习为例，可以分为“合作学习前、合作学习中、合作学习后”三个阶段，每个阶段的每一个环节都至关重要。当前的课堂教学中，小组合作学习存在小组组织不力、合作准备不足，合作动力欠缺、差生难以有效参与、过程调控失当，学习深度不够、结束虎头蛇尾，再次合作学习受阻，过程评价难、教师难以有效指导多个小组等问题[2]。探究式学习等教学方式，也往往存在很多困难因素。

种种问题（或误区）的存在，恰恰表明合作学习等教学模式有着较高的实施门槛，这制约了推广普及。而仅依靠教师的主观能动性去克服以上难题，就好比软件生产中复杂问题的解决试图依赖原有的手工小作坊生产方式。

时代的发展和现实需求，呼唤我们提出“教学工程”理念。类似于软件工程的出发点，用系统工程的方法优化教学方式和教学过程。

“教学工程”的定义：以教师为主导，以学生为中心，注重提高学生分析问题、解决问题等能力；教学过程采用合作学习等方式；针对教学过程的需求分析、设计、实现与测试、运行与维护等阶段，建立并使用完善的工程化原则，以较经济的手段、较高效率获得可靠教学质量的一系列方法。

三、基于教学工程的教学

（一）教学过程的阶段划分

软件工程是设计人员把现实世界的复杂问题，由问题空间向解空间进行映射，经设计、编码实现和测试得到软件产品，并在计算机上部署和运行。教学工程有着类似的工作流程。以高校的工程教育为例，来说明教学工程各阶段的任务。

问题定义：教师选择符合教学要求与学生状况的待探究问题；学生明确要解决的问题是什么。

可行性研究：针对待解决问题从经济、技术等方面进行可行性分析。

需求分析：明确解决问题必须做什么。

总体设计：怎样实现问题的解决，探究或梳理概要设计。

详细设计：该怎样具体实现解决方案，探究或梳理详细设计。

实现和单元测试：根据团队总体设计与详细设计的文档、涉及知识，进行知识模块的学习，学习者利用自己原有认知结构中的有关经验“同化”或“顺应”当前新知识，从而达到对新知识的意义建构；对知识模块进行测试以优化完善。

综合测试：对整体解决方案进行测试，使之完善；通过练习以更深入地学习。

运行和维护：使用已掌握的解决方案解决相关问题；通过迭代教学过程，更新升级知识、解决方案。

（二）借鉴软件工程方法，推进教学工程

软件产业正在加快向数字化、网络化、平台化、服务化、云端化、智能化、生态化演进。具备知识密集型、劳动密集型特点的软件工程，可以为教学工程的推进提供大量的方法源泉。以下举例说明软件工程相关方法对教学工程的借鉴价值。

瀑布模型：教学过程按规定顺序而连接的若干阶段进行工作，自顶向下地结构化分析和逐步求精。通过工序将问题化简，便于学生分工协作，降低学习门槛，便于进行合作学习、探究学习。

快速原型模型：传统教学一般未脱离学科型教学方式。教材也是按先后顺序对学科理论知识进行编排，一般不是面向探究式学习，容易形成平铺直叙的“灌输式”教学，难以引起学习兴趣。针对合适的待解决问题，快速原型模型要求学习小组在教师启发下、学习骨干的示范带领下，依托原有知识迅速构建一个初步的解决方案原型，激发探究学习的主动性、积极性。方案原型的持续演化和优化，提纲挈领地带动课程知识的全面学习。

项目协作管理：以管理学为依托，对教学中计划、资源、质量、成本、文档等加强管理，对教学过程进行控制。类似于软件工程项目管理，云端平台可以提供组织管理、项目管理、需求管理、任务管理、测试管理、版本、档案、日程等功能，并以手机端App支持移动化协作式教学。教学工程项目管理面向复杂问题的求解，可以顺畅衔接不同课程、课内课外、线上线下、理论实践。

教学工程的中心课题是控制教学的复杂性，和谐地合作是教学成功的关键。教学工程化可以获得以下好处：

落实成果导向理念。因为教学工程的基因是面向问题分析和问题解决的。

教学方式优化。自然地实施以学生为中心的学习，合作学习、探究式学习等。采用“做中学”，从生产（或梳理）知识中学习知识。

降低学习门槛。把“大”问题进行工序划分，在逻辑空间、时间、人员组织分配的展开中控制学习复杂度。

正相互依赖效应。发挥学习骨干的带动作用，激发个人责任感和荣誉感，激活后进学生；学习骨干的示范、辅导和文档共享，使后进学生可提升自信心。

协作沟通。各知识模块的责任人在演示交流、互帮互学中，获得进步，培养了合作精神。文档撰写和演示可提升学生逻辑思维能力，沟通交流以及清晰表达能力。

降低教学组织难度。运用系统工程方法，减轻教师负担，教师更容易实施。过程评价更为透明，可以指导更多的学习小组。降低成本，提高效率。

迭代优化，以点线带动面。快速原型模式迅速构建解决方案原型，学生对解决方案初步设计有概念后，对后续知识模块的学习减少了盲目性。敏捷教学方式，可以先结构化地学习框架知识，再发散式、滴灌式学习。因此，可以和传统教学相结合，也可以和慕课、混合式教学等结合，从而使学生形成完整的知识体系。

四、结束语

分析表明，借鉴软件工程成功经验，引入系统工程方法，教学工程具有低成本、高效率、可靠质量的优势。培养造就创新型人才，亟须教学模式的变革。教学工程汲取软件工程丰富营养，借数字文明大势，定能助力教学改进工作。